Тайны пространства и времени

Первые попытки обнаружить радиоизлучение, идущее из глубины времен, и тем самым подтвердить теорию горячей расширяющейся Вселенной относятся к началу 1960-х годов. Тогда Известный американский физик Р. Дикке и его сотрудники в Принстонском университете сконструировали специальную установку для обнаружения реликтового излучения и осенью 1964 года приступили к ее созданию.

В то же самое время Пензиас и Вильсон по заданию известной радиотелефонной фирмы «Белл» занимались изучением характеристик новой радиоастрономической антенны, предназначавшейся для системы радиосвязи через искусственные спутники Земли. Эта система и связанная с ней аппаратура отличались очень хорошей защитой от помех и низкой шумовой температурой, то есть сами приемные устройства вносили в результаты измерений минимальные искажения. Такого результата удалось достичь благодаря специальной конструкции приемной аппаратуры с усилителем на рубиновом кристалле, охлаждаемом жидким гелием.

В процессе работы ученые обнаружили неожиданную помеху – непонятный шумовой фон на волне длиной 7,3 сантиметра. Дальнейшие измерения показали, что загадочный радиошум не зависит ни от направления антенны, ни от времени суток и года. Это указывало на его космическое происхождение.

В мае 1965 года статья Пензиаса и Вильсона, в которой сообщались результаты исследований неизвестного излучения, однако без объяснения его физической природы, была опубликована в «Астрофизическом журнале». Объяснение в том же номере журнала дала группа Р. Дикке, истолковавшая таинственный шумовой фон как реликтовое излучение.

Справедливость, однако, требует отметить, что еще до появления статей в «Астрофизическом журнале» была опубликована весьма интересная работа советских астрофизиков А.Г. Дорошкевича и И.Д. Новикова, в которой обосновывалась возможность практической регистрации реликтового радиоизлучения. Авторы статьи впервые рассчитали весь спектр излучения от известных в то время источников радиоизлучения во Вселенной с учетом их эволюции в процессе расширения и показали, как на их фоне должно выглядеть реликтовое излучение. При этом они пришли к выводу, что в области сантиметровых и миллиметровых волн это излучение может быть практически обнаружено. И действительность подтвердила это предсказание.

По мере расширения Вселенной реликтовое излучение постепенно остывало и его современная температура составляет около 3 Кельвинов.

Максимум интенсивности реликтового излучения лежит в области сверхкоротких волн длиной в доли миллиметра. Электромагнитные волны такой длины практически не испытывают поглощения в космическом пространстве и по этой причине приходят к нам с очень далеких расстояний.

Многократные измерения интенсивности реликтового излучения в различных направлениях показали, что с большой точностью оно однородно и изотропно. Это значит, что куда бы мы ни направили наш радиотелескоп, интенсивность реликтового излучения окажется практически одинаковой. Этот факт как раз и свидетельствует о том, что излучение, о котором идет речь, действительно является реликтовым, а не излучением, возникшим в каких-либо обособленных, дискретных источниках.

Существование реликтового излучения – очень важное, можно сказать, решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы в самом деле живем в расширяющейся Метагалактике. В частности, исследование его физических характеристик показало, что первоначальная плазма действительно обладала чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было получено подтверждение справедливости теории горячей расширяющейся Вселенной.

Однако всем сказанным значение реликтового излучения для познания окружающего нас мира не ограничивается. Так, например, исследование этого излучения позволило получить данные, которые являются независимым подтверждением фундаментального вывода современной астрофизики об однородности нашей Вселенной в больших масштабах. Если бы в окружающем нас мире существовали достаточно большие регионы с повышенной плотностью вещества, сравнимые по своим размерам со всей наблюдаемой областью пространства, то в этих регионах реликтовое излучение испытывало бы определенные изменения.

Дело в том, что согласно общей теории относительности Эйнштейна должно существовать так называемое гравитационное красное смещение. Электромагнитное излучение в сильных гравитационных полях испытывает определенный сдвиг в сторону более длинных волн и более низких частот. Этот эффект проверен экспериментально. А, как мы уже знаем, чем длиннее волна электромагнитного излучения, тем меньшую энергию оно с собой переносит. Так что реликтовое излучение, возникшее в районе больших сгущений вещества, должно приходить к нам ослабленным. И в общей картине распределения реликтового излучения по всему небу должны были бы существовать «пятна» пониженной интенсивности.